FDTD를 이용한 하이브리드 회로의 특성에 관한 연구 = Characterization of hybrid circuits using the FDTD method
저자
발행사항
서울 : 연세대학교 대학원, 2002
학위논문사항
학위논문(석사)-- 연세대학교 대학원: 전기전자공학과 2002. 2
발행연도
2002
작성언어
한국어
주제어
KDC
569.8 판사항(4)
발행국(도시)
서울
형태사항
viii, 78p. : 삽도 ; 26 cm .
일반주기명
지도교수: 박한규
소장기관
본 논문에서는 집중소자를 포함하는 평면구조회로인 하이브리드 회로의 주파수 특성을 해석하기 위해, 기존의 주파수 영역 해석방법에 비해 광대역의 주파수 특성을 얻을 수 있고 공간에서 파의 전파를 관찰할 수 있는 시간영역 해석방법인 3차원 FDTD(Finite Difference Time Domain) method에 관하여 연구하였다. 3차원 FDTD에서는 주파수 영역결과의 오차를 줄이기 위하여 경계면에 흡수경계조건을 설정해야 한다. 본 논문에서는 흡수경계조건으로 Mur의 1차 경계조건과 SABC(Super Absorbing Boundary Condition)를 사용하였다.
3차원 FDTD로부터 2차원 FDTD를 유도하고, 2차원 FDTD의 이론을 검증하기 위하여 등방성 마이크로스트립 선로의 분산특성을 해석하여 Kobayashi의 경험식과 잘 일치하는 것을 확인하였다. 또한 부분적으로 채워진 직사각형 도파관의 고차모드를 해석하여 TRT(Transverse Resonant Technique)을 이용한 결과값과 정확하게 일치함을 보였다. 초고속 디지털 회로용 전송선로인 Elevated CPW를 다양한 기학학적 변수를 이용하여 설계함으로써 고속의 위상 속도와 넓은 범위의 유효유전율과 특성임피던스를 얻어 낼 수 있었다.
SABC를 적용한 3차원 FDTD의 유용성을 입증하기 위해 본 논문에서는 전송선로로서 마이크로스트립 선로의 주파수 분산특성을 Ensemble에서 얻은 결과와 Kobayashi의 경험식을 통한 결과와 비교하였는데 잘 일치하였다.
R, L, C와 같은 집중소자가 전송선로에 삽입된 FDTD 집중소자 모델링을 통해 하이브리드 회로 해석에 대한 기초를 쌓았다. 네트워크 모델링을 통하여 기생 커패시턴스와 인턱턴스의 값을 추출하므로써 보다 정확한 기생, 방사, 결합까지 고려하는 FDTD만의 고유한 주파수 응답을 확인할 수 있었다.
FDTD의 해석 영역을 능동 소자 영역까지 확대하기 위하여 다이오드를 모델링했다. 대신호 모델링과 소신호 모델링을 통해 FDTD 다이오드 모델링의 정확성을 검증했고 이를 이용하여 평형 혼합기를 제작하여 세레나데를 사용하여 구성한 평형 혼합기와 주파수 응답을 비교하여 정확한 결과를 얻음으로써 FDTD 다이오드 모델링의 응용가능성을 확장시켰다.
3차원 FDTD는 주파수가 높아지면서 발생하는 기생, 방사, 결합효과까지 해석에 포함될 수 있기 때문에 복잡한 MMIC와 RF MEMS에서 사용되는 마이크로파 회로의 특성해석에도 이용가능하다.
In this thesis, the three dimensional FDTD(Finite Difference Time Domain) method, which has wide frequency characteristics and geometrical availability comparing to the frequency domain method, is used for the analysis of hybrid circuits, planar structures including lumped elements. Absorbing boundary conditions must be applied to each boundary because better absorbing boundary condition can reduce the error in the 3D-FDTD method. Two types of absorbing boundary condition (Mur s 1 absorbin boundary condition and Super absorbing boundary condition) are compared and super absorbing boundary condition is selected and are applied to the 3D-FDTD method because of superior performance.
The two dimensional FDTD is derived from 3D-FDTD and the validity of 2D-FDTD is established by comparing results of the method with Kobayashi s experimental results in the analysis of dispersive characteristics of an isotropic microstrip line. Also the higher order modes of an partially loaded rectangular waveguide are analyzed and compared with TRT(Transverse Resonance Technique). Results by the two method have a good agreement. An elevated CPW for high-speed digital circuit applications has a higher phase velocity. Different effective dielectric constants & characteristic impedances can be obtained changing various geometrical parameters.
The 3D-FDTD method with SABC is used in the analysis of microstrip line. The results agree well with those acquired by Ensemble and Kobayashi s experiment.
Lumped elements such as R, L, C which are inserted into microstrip line are analyzed with FDTD lumped element modeling. That results agree well with results by network modeling. More accurate data which include parasite, radiation and coupling can be obtained in FDTD lumped element modeling.
To model a diode extends a range of FDTD analysis. Both large signal analysis and small signal analysis proves the validity of FDTD diode modeling. Then a balanced mixer using two diodes is designed and frequency response of the mixer is compared with that of Serenade. That results yield better agreement with results by Serenade.
This method can also be used for the analysis of complex MMIC and microwave circuits for RF MEMS.
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